鄒榮 劉盛亞 夏正東 許楨英

摘 要： 《機(jī)器視覺(jué)》是一門(mén)強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，要求學(xué)生運(yùn)用已掌握的基本理論、基本方法去實(shí)際應(yīng)用中分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。然而，在教學(xué)過(guò)程中，很多學(xué)生發(fā)現(xiàn)不能夠很好地將已有的理論基礎(chǔ)運(yùn)用到實(shí)踐中，造成了知識(shí)的脫節(jié)，影響了學(xué)習(xí)的效果和興趣。針對(duì)以上問(wèn)題，作者提出了改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法的一些建議，旨在有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)際運(yùn)用能力。

關(guān)鍵詞： 《機(jī)器視覺(jué)》 課程教學(xué) 教學(xué)改革 學(xué)生角度

《機(jī)器視覺(jué)》具有很強(qiáng)的工具性、操作性，要求學(xué)生掌握和運(yùn)用方法技能[1]，根據(jù)“從實(shí)踐中來(lái)、到實(shí)踐中去”這一基本原理，遵循“因材施教、循序漸進(jìn)”的教學(xué)規(guī)律，課堂教學(xué)堅(jiān)持“少而精”的原則，精講多練，形成“從個(gè)別到一般，再?gòu)睦碚摰綉?yīng)用”的啟發(fā)循環(huán)式教學(xué)思路，層層遞進(jìn)，循循善誘，從現(xiàn)象描述、抽象概括上升到理性認(rèn)識(shí)，同時(shí)組織課堂討論并給予指導(dǎo)、講評(píng)，力求學(xué)生及時(shí)理解、消化、掌握。

一、采用傳統(tǒng)課堂講授法授課的效果調(diào)查及原因分析

《機(jī)器視覺(jué)》是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，該課程強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在教學(xué)過(guò)程中，不僅要求我們掌握機(jī)器視覺(jué)方面的基本概念、基本原理和方法，更注重對(duì)各種工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的實(shí)際動(dòng)手能力。在以往的教學(xué)中，我們采取傳統(tǒng)的課堂理論講授和算法分析相結(jié)合的教學(xué)方法，考核內(nèi)容是以對(duì)理論知識(shí)的掌握為側(cè)重點(diǎn)。該種教學(xué)方法有優(yōu)點(diǎn)：傳授較為系統(tǒng)和完整的機(jī)器視覺(jué)的基本理論，形成較為堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。但采用該種教學(xué)方法所取得的教學(xué)效果并不是很理想：首先，我們上課的積極性不是很高，只聽(tīng)教師講而學(xué)生沒(méi)有參與，課堂氣氛較為沉悶；其次是在實(shí)際應(yīng)用中，我們遇到問(wèn)題時(shí)常常不知所措，無(wú)法將理論知識(shí)恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，得到切實(shí)的系統(tǒng)方案。我們對(duì)機(jī)電、測(cè)控專(zhuān)業(yè)的兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了隨機(jī)調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容為該班學(xué)生對(duì)《機(jī)器視覺(jué)》課程的態(tài)度。得到如下結(jié)論：許多同學(xué)認(rèn)為該門(mén)課程雖然有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，但理論部分含有較深的數(shù)學(xué)內(nèi)容，“晦澀難懂，枯燥乏味”。另外，通過(guò)對(duì)學(xué)生的大作業(yè)報(bào)告的分析，我們發(fā)現(xiàn)：僅較少部分的學(xué)生給出合適系統(tǒng)方案及相關(guān)算法；有將近一半的學(xué)生在報(bào)告中存在亂用和拼湊方法及抄襲拷貝內(nèi)容等方面的問(wèn)題；只有一小部分報(bào)告結(jié)構(gòu)清晰，方案明確，其余同學(xué)不同程度上存在結(jié)構(gòu)模糊，方案存在不合理內(nèi)容。

結(jié)合以上兩項(xiàng)內(nèi)容，針對(duì)傳統(tǒng)講授法的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)：傳統(tǒng)教學(xué)方法過(guò)于強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問(wèn)題能力的培養(yǎng)，未能突出本課程作為一種“工程應(yīng)用”而所應(yīng)該具有的實(shí)踐性、應(yīng)用性的特點(diǎn)；忽視對(duì)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，常常導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論理解的困難和枯燥情緒：未能發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，沒(méi)有充分重視作為教學(xué)主體的學(xué)生，忽視學(xué)生的積極主動(dòng)性，使學(xué)生在教學(xué)中處于相對(duì)被動(dòng)的地位，影響了教學(xué)效果。

二、新教學(xué)方法的具體環(huán)節(jié)

新課改的一個(gè)重要內(nèi)容是要徹底改變傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)接受、過(guò)于注重書(shū)本知識(shí)傳授和缺乏學(xué)生綜合體驗(yàn)等頑疾，應(yīng)該探索一種符合新課程理念和學(xué)科教學(xué)實(shí)際的課堂教學(xué)模式，讓學(xué)生在生動(dòng)活潑、交流互動(dòng)并富有探究性的氛圍中學(xué)習(xí)。

（一）新教學(xué)方法的實(shí)施原則

1.平等互動(dòng)原則：改革課堂教學(xué)，讓學(xué)生在生動(dòng)活潑、交流互動(dòng)并富有探究性的氛圍中學(xué)習(xí)。教師在課堂上與學(xué)生平等對(duì)話的同時(shí)發(fā)揮組織、引導(dǎo)、點(diǎn)撥調(diào)控作用；設(shè)法把學(xué)生調(diào)動(dòng)起來(lái)主動(dòng)參與，設(shè)置一些小課題，讓學(xué)生在教師幫助下自主探究解決，是調(diào)動(dòng)學(xué)生參與的一種重要方法；課堂上不僅體現(xiàn)師生共識(shí)，而且體現(xiàn)差異性，甚至對(duì)立和交鋒，不僅學(xué)生受教師的影響而發(fā)生改變，教師和教學(xué)過(guò)程也受學(xué)生和實(shí)際教學(xué)情況影響而改變。

2.交流合作原則：課堂應(yīng)促進(jìn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間充分的合作和暢通的信息交流。教學(xué)過(guò)程強(qiáng)調(diào)以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，體現(xiàn)師生、生生之間的充分合作，從課程活動(dòng)方案的制訂到資料搜集，從活動(dòng)過(guò)程中問(wèn)題的解決到任務(wù)結(jié)束后課題報(bào)告的完成，都強(qiáng)調(diào)通過(guò)學(xué)生個(gè)體努力和學(xué)生之間的合作完成，教師也是合作者，是活動(dòng)的平等參與者，在其中起組織、引導(dǎo)、點(diǎn)撥的作用。

3.個(gè)性化原則：課堂應(yīng)對(duì)學(xué)生分層分類(lèi)指導(dǎo)，對(duì)不同智能結(jié)構(gòu)的學(xué)生提出不同的要求，安排不同的內(nèi)容，采取不同的教法。讓學(xué)生自主發(fā)展并充分發(fā)展個(gè)性特長(zhǎng)，為學(xué)生個(gè)性拓展提供新的空間。

（二）實(shí)踐教學(xué)方法的具體實(shí)施環(huán)節(jié)

1.明確實(shí)踐工作任務(wù)。教師向?qū)W生說(shuō)明將要完成的任務(wù)的內(nèi)容、要求和注意事項(xiàng)等。

2.學(xué)生嘗試完成任務(wù)，提出問(wèn)題。在該環(huán)節(jié)中，學(xué)生由于缺少相關(guān)的理論知識(shí)，在實(shí)踐進(jìn)行中會(huì)遇到各種困境，導(dǎo)致無(wú)法完成或無(wú)法有效完成任務(wù)。此階段的目標(biāo)，不在于學(xué)生完成任務(wù)的質(zhì)量，而是在于將學(xué)生處于困境中，激發(fā)學(xué)生的興趣和解決問(wèn)題的動(dòng)機(jī)。同時(shí)讓學(xué)生提出在問(wèn)題解決過(guò)程中所遇到的問(wèn)題。

3.授予學(xué)生相關(guān)知識(shí)。針對(duì)學(xué)生提出的困境和問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生自行學(xué)習(xí)教材相關(guān)內(nèi)容或引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，對(duì)于較為抽象的內(nèi)容，教師要進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)和講解，使學(xué)生獲得相應(yīng)知識(shí)[2]。

4.再一次嘗試解決問(wèn)題。學(xué)生經(jīng)過(guò)相關(guān)理論的學(xué)習(xí)，帶著所學(xué)內(nèi)容重新回到問(wèn)題情境中，運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。這一步，既有利于理論知識(shí)與實(shí)踐環(huán)節(jié)的緊密結(jié)合，又有利于在實(shí)踐中深化對(duì)理論知識(shí)的理解。

5.經(jīng)驗(yàn)討論，教師總結(jié)。在完成任務(wù)之后，各組要對(duì)實(shí)踐進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)。

三、新教學(xué)方法的展望

（一）將教與學(xué)相結(jié)合

將教與學(xué)結(jié)合是教學(xué)理論的基本要求，但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)過(guò)程中并不能很好地貫徹。“滿(mǎn)堂灌”、“照本宣科”等現(xiàn)象不鮮見(jiàn)，特別是大學(xué)課堂，常常是老師口若懸河，口干舌燥，教得很辛苦；學(xué)生卻思想拋錨，無(wú)動(dòng)于衷，學(xué)得很無(wú)奈[3]。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，讓學(xué)生自主學(xué)，學(xué)得有興趣，在學(xué)習(xí)中得到充分鍛煉。事實(shí)證明，將實(shí)踐引入教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生面對(duì)自己提出的課題，有動(dòng)力想辦法，學(xué)知識(shí)，始終興趣盎然地跟隨教師完成學(xué)期課程，做到了將學(xué)習(xí)的畏難情緒轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)的熱情。

（二）將理論教學(xué)與實(shí)踐操作相結(jié)合

理論學(xué)習(xí)幾乎是大學(xué)教學(xué)的全部?jī)?nèi)容。盡管教師不遺余力地解釋理論的重要性和意義，但學(xué)生由于缺乏必要的感性認(rèn)識(shí)，對(duì)理論始終難以親近，更難以認(rèn)識(shí)它們的價(jià)值所在，而且這個(gè)問(wèn)題可能在入學(xué)時(shí)基礎(chǔ)就比較差的學(xué)生中更普遍。如果我們對(duì)理論的認(rèn)識(shí)不夠，學(xué)習(xí)毅力不強(qiáng)，理論教學(xué)幾乎就毫無(wú)效果。此時(shí)，如果教師讓學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中意識(shí)到由于沒(méi)有理論指導(dǎo)，實(shí)踐操作漏洞百出，學(xué)生自然會(huì)學(xué)習(xí)理論，至少意識(shí)到理論的重要性[4]。

以本課程為例，許多學(xué)生選擇某種零件尺寸三維測(cè)量，而在理論講解過(guò)程中沒(méi)注意或沒(méi)聽(tīng)明白，當(dāng)教師讓我們匯報(bào)自己的具體方案時(shí)，我們就傻眼了，之后，就主動(dòng)看書(shū)尋找答案。當(dāng)教師對(duì)我們每個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)都挑毛病時(shí)，我們的自尊心很受“打擊”，為避免下次再回答不出來(lái)，我們會(huì)看書(shū)或請(qǐng)教老師后，再動(dòng)手操作拿出成果，質(zhì)量明顯提高了。

（三）將教學(xué)與評(píng)估全程性相結(jié)合

把激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣作為強(qiáng)化教學(xué)效果的關(guān)鍵，運(yùn)用多種教學(xué)手段、教學(xué)方法的有機(jī)配合，不斷提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。學(xué)生在教師指導(dǎo)下自行查閱相關(guān)資料，開(kāi)展實(shí)踐操作，自主學(xué)習(xí)，自我提高。

注重課外閱讀，加強(qiáng)指導(dǎo)，形成“閱讀—理解—揣摩—評(píng)析—借鑒”的閱讀訓(xùn)練方法。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，開(kāi)列參考書(shū)目和閱讀材料，教師應(yīng)該提倡學(xué)生廣泛閱讀學(xué)術(shù)期刊文章，要求學(xué)生正確理解文中方法結(jié)論，細(xì)心揣摩作者的研究思路、系統(tǒng)建構(gòu)、分析方法、論證過(guò)程和寫(xiě)作框架，辯證分析文獻(xiàn)的特點(diǎn)、成就和欠缺，在此基礎(chǔ)上寫(xiě)出讀書(shū)報(bào)告，重點(diǎn)放在“理解—揣摩”這一環(huán)節(jié)，以期解剖作者的“思維黑箱”，領(lǐng)會(huì)作者意圖，學(xué)習(xí)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及方法的經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步展開(kāi)實(shí)際運(yùn)用打下較為扎實(shí)深厚的知識(shí)能力基礎(chǔ)。

強(qiáng)化訓(xùn)練，鞏固提高。教師應(yīng)該給予學(xué)生在選題、方案設(shè)計(jì)、實(shí)際驗(yàn)證等環(huán)節(jié)的個(gè)別指導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和常用方法都有比較全面扎實(shí)的訓(xùn)練，基本達(dá)到能夠獨(dú)立地規(guī)劃設(shè)計(jì)一套簡(jiǎn)單實(shí)用的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的水平。

（四）多種能力的綜合運(yùn)用和評(píng)估

本課程評(píng)估方式的改革旨在引導(dǎo)課程教學(xué)，將傳授基礎(chǔ)理論知識(shí)、培養(yǎng)實(shí)踐操作技能、訓(xùn)練科學(xué)思維方法、培養(yǎng)求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)融為一體，對(duì)培養(yǎng)具有良好的專(zhuān)業(yè)基本素質(zhì)的應(yīng)用型人才十分有效。

該課程讓學(xué)生在小組合作設(shè)計(jì)方案、共同收集資料的基礎(chǔ)上，各自獨(dú)立完成報(bào)告。在這一過(guò)程中，通過(guò)分組討論課題并與老師、組員之間交流，鍛煉了語(yǔ)言表達(dá)能力、人際交往能力、團(tuán)體協(xié)作能力等。方案的設(shè)計(jì)和報(bào)告撰寫(xiě)鍛煉和考察了同學(xué)們知識(shí)運(yùn)用能力、思維能力、研究能力等諸多能力。

可以說(shuō)，該課程教學(xué)改革最大的亮點(diǎn)是課程學(xué)習(xí)變成既使我們有興趣又富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)的熱情和克服困難的勇氣。另外，評(píng)價(jià)方式更全面、更公正，考察我們的具體能力和學(xué)習(xí)態(tài)度。

結(jié)語(yǔ)

《機(jī)器視覺(jué)》課程改革把學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力引導(dǎo)到關(guān)注和研究實(shí)際應(yīng)用上，使學(xué)生所學(xué)的有關(guān)知識(shí)能夠落到實(shí)處，有的放矢，融會(huì)貫通。注重學(xué)生研究方法和能力的訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察、善于思考、勇于探索的良好學(xué)風(fēng)。致力于學(xué)生的素質(zhì)教育，使學(xué)生初步具有科學(xué)思維、嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)、務(wù)實(shí)精神和社會(huì)責(zé)任感。具體來(lái)說(shuō)，通過(guò)《機(jī)器視覺(jué)》的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，能夠熟練掌握和運(yùn)用相關(guān)理論和方法，養(yǎng)成自覺(jué)、獨(dú)立地認(rèn)識(shí)社會(huì)、鉆研問(wèn)題的良好習(xí)慣，提高正確認(rèn)識(shí)問(wèn)題和解決問(wèn)題的綜合能力，拓展和深化專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識(shí)，通過(guò)“理論—方法—應(yīng)用”的教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)學(xué)生“知識(shí)—能力—素質(zhì)”的飛躍和完善統(tǒng)一。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像傳感器的普及，《機(jī)器視覺(jué)》課程有極為廣闊的應(yīng)用前景，因此，《機(jī)器視覺(jué)》的課程改革有利于學(xué)生思維方式變革、知識(shí)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、綜合能力培養(yǎng)、創(chuàng)新潛質(zhì)開(kāi)發(fā)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)有著重要的實(shí)踐意義；有利于促進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化和科研成果社會(huì)化；有利于高等教育學(xué)科發(fā)展和教學(xué)改革，發(fā)展以繼續(xù)教育、終身教育為特征的成人高等教育，不斷提高在職人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)。

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基金項(xiàng)目：江蘇省博士后科研資助計(jì)劃（1402012B）；江蘇大學(xué)高級(jí)專(zhuān)業(yè)人才科研啟動(dòng)基金（14JDG134）.